檢測技術是我國製造技術的短板
發布時間：2015-10-21
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來源：中國計量網
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9月10日（rì）下（xià）午，中國-以（yǐ）色列機器人與智能製造（zào）項目對接會暨發展戰略交流（liú）會在廣州舉行。新華網廣東頻道對此次（cì）會議進行現場直播。華南理工大學（xué）機械與汽車（chē）工（gōng）程（chéng）學院院長張憲民教授做關於“納米機器人與納米定位控製器”主題演講。張憲民研（yán）究（jiū）的主要方向是（shì）精密定位（wèi）與（yǔ）精（jīng）密操作、機器人技術、精密製（zhì）造裝備等（děng）。他表示，目前，我國製造技術（shù）的短板主要是檢（jiǎn）測技術，檢測裝備沒有（yǒu）完善。在微納操作裏，這（zhè）是一（yī）個比較大的市場。
以下是講話全文：
剛才席勒教授（shòu）講的機器人，從應用機器人到工業（yè）機器人，實際上應該說，可能在（zài）未來的發展上都會（huì）對（duì）我們（men）的工業界有很大的貢獻。
我所在的華南（nán）理工大學機（jī）械與汽車工程學院有（yǒu）300多（duō）名（míng）教職工（gōng），有2600本（běn）科生、1800研（yán）究生，有5個係，2個所，有機械製造工程係、汽車工程係（xì）、工業裝（zhuāng）備工程係、機電裝備工程係。我們有兩個研究所，也是國家基地、國家工程中心。
我的演（yǎn）講題目是“納米機器人與納米定位控製器”，剛才席勒教（jiāo）授講的是宏觀的，在整個機器人體係上（shàng）麵既有宏觀的，也有微觀的。在整個產業鏈上，比如說在納米層麵上，其實未來它在工業界會起一個非常重要的作用，可能未來對工業（yè）的貢獻（xiàn）也是巨大的。我介紹一下我們這方麵的（de）基本情況和研究情況。
首先介紹一下背景，我們肉眼可以（yǐ）看到的，大（dà）概（gài）是亞毫米級，我們（men）看到幾百個微米的東西，再小我們就看不見了，實際上我們看不見的東西更（gèng）精（jīng）彩。我們（men）周圍充滿微小的顆粒，我們看不見，包括（kuò）PM2.5，它是客觀存在的（de）。
美國的一個特別有名的物理學家談到，在底層（céng）、在微小領域有太多事情可做。這一定會引起工業界足夠的重視，他所說的這個東西，指的就是微納，納米技術與生物技術、信息技術並列為21世紀的三大科技，廣州是科技中心，科學（xué）城是廣州（zhōu）的科技中心。這三大技術是高（gāo）技術競爭的製高點，納米製造和納米製造相關的，例如納米（mǐ）機（jī）器人是支（zhī）撐他們走（zǒu）向應用的一個重要基礎（chǔ）。這塊應該引起產（chǎn）業界、引起各個（gè）方麵（miàn）的足（zú）夠重視。
我們這裏（lǐ）說的Nanorobotics（注：納米機器人），它並不是指機器人的（de）本（běn）身是Nanorobotics。它做的事（shì）情，它自身的（de）移動精度是納米級的。基（jī）於納米、微納，它也是一種生產加工的手段，這裏說的就是這種微納操（cāo）作。大家對這種常規（guī）的操作，就是常規的加工，我們比較熟（shú）悉的，像車洗（xǐ）爆（bào）膜（mó），還有更（gèng）小的範圍，在雅納米級裏麵，還有自組裝等（děng）設備。Nanorobotics是目前彌補我們原來傳統生產的不足，目前這方麵我們和德國在（zài）合（hé）作。
到底可（kě）以做（zuò）什（shí）麽呢？比（bǐ）如說這裏的納米探（tàn）管，納米探管一（yī）直（zhí）是一個非常熱（rè）的（de）研（yán）究領域。納米探管怎麽組裝（zhuāng），組裝成一個新的結構，納米探管的檢測。前幾年（nián），克隆技術非常的火爆，現在大家還在不斷的研究，克（kè）隆技術的一個重要工作是什麽呢？就是不斷的做細胞相關的工作，細胞相關（guān）的操作也（yě）是用了微納機器人。
在一個特別重要的（de）領域，就是測量領域。比如說大工（gōng）程電路，線寬、光刻的深度。大工程電路的量產可以（yǐ）到40幾個納米，它怎麽檢測？所以必須要用到有納米級精度的定（dìng）位係統，這些操作係統、機器人係統去做。
這裏舉一（yī）個簡單的例子，例如AFM，這個顯微鏡，大家看（kàn）這個操作台，右邊的（de）操作（zuò）台，上麵有待檢測的目標，實際上我要對這個檢測目標進行掃描檢（jiǎn）測。現在顯微鏡用的非（fēi）常普及，對樣品進行（háng）檢測（cè）的（de）時候，我們要進行全域的掃描，全域的掃描就（jiù）需要一個納米精度的掃描器，最（zuì）後才可以檢測出結果。現在在生物領域（yù）、材料領域、電子製（zhì）造（zào）領域，這樣的事情是經常要做的。這是（shì）一個掃描（miáo）電鏡，它是怎麽（me）工作的。它一定要有（yǒu）一（yī）個納米精度的載（zǎi）物台。
這（zhè）是一個大工程電路，從研磨板、鏡（jìng）頭、矽片，我們在光刻的過程中，不是一蹴而就的，不是一（yī）下子就光刻出來的，它（tā）需要中途反複（fù）多次的換研（yán）磨板，這個精度要在幾個納米中間。如（rú）果我們做45大工程電路，就需要5納米（mǐ）的精確定位（wèi）。我們的手機裏麵用的芯片，大（dà）部分（fèn）是大工程電路的製造方式（shì）做出來的芯片，實際上這些技術，我們可能不了解（jiě），但實際上就在我們身邊。
還（hái）有我們的光纖對接，像我們這個年齡，我（wǒ）們的父輩、母親，小（xiǎo）時候（hòu）他們給我（wǒ）們做衣服，要（yào）有針有線，把針和線穿在一起。我們兩隻手的（de）正常定位精度就是幾個毫米，現在光纖定位，這個定（dìng）位精度，光纖裏麵（miàn）跑了幾百路的信號，它的對（duì）接精度是幾十個納米。我還是用兩隻手，什麽手？機械手，微納（nà）操作的機械手來完成納米級定位操作。這也是一個高技術，這裏麵一定有豐厚（hòu）的利（lì）潤。現在類（lèi）似的光纖對接，等等相（xiàng）關的類似產業一定是一個很大的產業。我想未來我們的科學（xué）城，未來廣州應該有相（xiàng）應的企業來承擔這樣的事（shì）情，不僅僅是做一（yī）般的工業機器人。
目前，我們國家很多的製造技術短板是檢測技術不行，檢測裝備不完（wán）善。往往檢測裝備（bèi）對精度有更高的要求，大家對這樣的（de）事情要做（zuò）測試的時候，你想想我們的工具，我們納米級的機（jī）器人，有時候往往要用（yòng）幾十甚至幾百個，一起來協（xié）同操作。我們宏觀的、正常的機器人操作是一樣（yàng）的。但是到微觀裏（lǐ）麵操作，往往這樣的事情就需要非常高的精（jīng）度。高精度就意味著它一定（dìng）有高附加（jiā）值，目前（qián）我們的機器人上了很多，都做傳統機器人，其實這裏麵的利潤是（shì）越來越薄了。如果我們想再往前踏一（yī）步（bù），我（wǒ）們（men）就必須到（dào）相應的這（zhè）些領（lǐng）域裏麵試水。
德國做的用於微納測試的（de）機器人，它的精度到了0.25個納米。這就是為什麽德（dé）國（guó）人（rén）賺了很多錢，它總是在喝頭啖湯，未來（lái）我們的廣州科學城能不能有幾個企業喝頭啖湯。這是我們和德國一所大學在合作，我們希望在掃描電鏡聯合運用做微納操作的事情，這也歡迎未來有朋友到我們實驗室去參觀。
稍微說一下（xià）我們的實驗室，前麵（miàn）我們說的都有涉獵。我們這個實驗室叫PEMT，我（wǒ）們大概做幾件事情（qíng）？我們學院跟廣（guǎng）州機械科學研究院共同在（zài）做一個工（gōng）業機器人創新支撐平（píng）台，這個（gè）創（chuàng）新支撐平台，我們做（zuò）三件事情（qíng）。第一件事情是做（zuò）共性技術；另外一個事情是做檢測，現在我們為工業界服務，這些機器人（rén）該（gāi）怎麽檢測？現（xiàn）在我（wǒ）們（men）馬上開始在做一個標準，就是機器人（rén）的可靠性（xìng）檢測標準。第三件事情是做培（péi）訓。我感到現在很多企業界的朋友，實際上對工業（yè）機器（qì）人（rén）的（de）認識並不是很深刻。有些老板一聽到機器人換人都非常的激動（dòng），是啊，把人換成機（jī）器人，又好管理，又穩定。但是有些事情不一定適合機器人做，有些企業界的朋友往往從一個很大的希（xī）望，很快就（jiù）收獲一個很大的失望。實際上這對產（chǎn）業的良性發展（zhǎn）不是一件好事情，所以我們就做了一個培訓中心（xīn）。現在培（péi）訓中心已經運行非常良好，而且有規模。我們是國內國外（wài）的機器人都（dōu）有，我們有普卡（kǎ）的，ABB的，典型的機器人，我們都（dōu）有，給大家做案例（lì）培訓，也（yě）歡迎大家去看一看。
我們做微納機器人，它的技術是什麽呢？它很多方麵顛覆了我們的設計方法，所以我們同時做一些設計方法的研究。我們目前主要做的是拓撲油畫的，把拓撲油畫的技術用到機器人設計上麵。與工業界結合，做成裝配。基於絲網印刷的相應配套，包括太陽能、光伏太陽能生產設備，電路板（bǎn）無鉛檢驗設（shè）備（bèi）。
這是我（wǒ）們的實驗（yàn）室一部分場景和設備，我介紹一下，我們（men）怎麽做這個微納精密定位係統。我們現在是用一些柔順機構的思想（xiǎng）。就是把我們傳統的機器人，機構裏麵的那些腳鏈（liàn）去掉（diào）了。傳統的機器人，比如說幾個關節，那幾個地方的（de）關節間隙，無論是滑動軸承和滾動軸承，這（zhè）個間隙都是不可避免的。你要達到納米級（jí）別是（shì）很難做（zuò）到的（de），我們就用柔順機構，這樣就可以做（zuò）到納米級的精度。這裏不可以展開（kāi）說，未來有機會到我們實驗室，我（wǒ）再詳細（xì）介紹。
這是我們實（shí）驗室做（zuò）的（de）事情，目前微（wēi）納精度方麵，我們可以做到1個納米左右的（de）精度。這是我們的實驗，我們走了（le）一個（gè）50微米的園，定位跟蹤精度是怎樣的？比如說我們的速度，假如是4微米每（měi）秒的話（huà），我們的精度可以到達2.9的納米，如果速度更快的話，我們的精度就可以到達1個納米以（yǐ）下。
這裏麵有一些核心（xīn）的東西，技術上的東西，我們在（zài）用topology的（de）技術，這（zhè）裏舉一個例子，未來（lái）可能會顛覆你的產品設計方（fāng）案方法（fǎ）。這是一個反執行機構，通過拓（tuò）撲油畫，你隻（zhī）是給（gěi）我（wǒ）這（zhè）塊設計，指定這邊是輸入（rù），指定那邊（biān）是輸（shū）出。用這套方法就把設計做出來了，下麵就是我們實驗室（shì）做出（chū）來的。
現在拓撲油畫可以跟3D打印有（yǒu）機結合，目前我們和3D打印實（shí）現無縫銜接。通過測試，我們發現比傳統（tǒng）的方法（fǎ）還要好，這個研究論文昨天剛在行內（nèi）一個著名期刊上麵發表了。我們還想做一個事情，希望未來可以跟企業家合作。目前微納操作裏麵，這是一個比較大的市場，但是微納操作裏麵的操作係統，目前國內沒（méi）有人生產，基本上（shàng）都是買（mǎi）德國的東西。目前國家有一個重（chóng）大的（de）研究計劃，我們在裏麵承擔一個重要的項目，就是專門做微納係統的。比如說（shuō）這是SEM係統，目前我們（men）的理（lǐ）想（xiǎng）是在這個裏麵的微納操（cāo）作可以達到1個（gè）納米以內，可以滿足相應市場的需求，這樣產業化的前（qián）景會非常好，希望大家與我們一起合作。
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